KR930008563B1

KR930008563B1 - 비접촉식 타이어 단면윤곽 형상계측장치용 로보트 핸드

Info

Publication number: KR930008563B1
Application number: KR1019900006155A
Authority: KR
Inventors: 양윤모; 정재문; 김선일; 김기전
Original assignee: 한국기계연구소; 김훈철; 주식회사 금 호; 박삼구
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1990-04-30
Publication date: 1993-09-09
Also published as: KR910018135A

Abstract

내용 없음.

Description

비접촉식 타이어 단면윤곽 형상계측장치용 로보트 핸드

제 1 도는 비접촉시 타이어의 단면윤곽 형상계측 시스템의 개략 블럭다이어그램.

제 2 도는 본 발명 장치에 고정 설치되는 센서부에서의 비접촉식 타이어 단면윤곽 형상계측에 대한 설명도.

제 3 도는 본 발명에 따른 다축형 로보트 핸드의 구성도 및 센서부와 계측대상물체와 교정블록의 관련 배치도.

제 4 도는 본 발명 로보트 핸드 구동부의 블록다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 컴퓨터 20 : 로보트 드라이버

30 : 로보트 핸드 31 : 베이스

32 : 이동판 33 : 수직폴

34 : 홀더 35 : 수평바

36, 37 : 제 1, 2 모터 38, 39 : 제 1, 2 모터 홀더

40 : 센서부

본 발명은 어떤 물체의 특정부위의 형상 또는 전체적인 형상을 오차없이 정밀하게 계측하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 비접촉식 슬릿광 형상검출센서를 이용하여 타어머의 계측대상물체에서도 단일의 카메라로 연속계측이 가능하게 하고 또한 계측시 사각발생을 제거시킴으로써 물체의 3차원적 계측정밀도와 신속도를 높일 수 있도록 한 비접촉식 타이어 단면윤곽 형상계측장치용 로보트 핸드에 관한 것이다.

일반적으로, 물체의 통상적인 계측방법인 접촉식 형상검출센서를 이용하여 특정물체를 계측할 때, 그 계측대상물체가 비교적 단단한 고체인 경우에는 계측오차가 크게 발생되지 않으나 계측대상물체가 반고체 상태이거나 또는 타이머등과 같은 센서의 접촉에 의해 본래의 형상에 변형이 오는 경우에는 상단한 계측오차를 초래하게 된다.

특히 양쪽 사이드 월(Side Wall)과 트레드(Tread)로 구성되는 타이어의 외각 단면윤곽을 계측하고자 하는 경우에는 상기의 접촉식 센스로서 그 계측자체에 결함을 가지게 되며, 가령 기존의 비접촉식 계측장비를 이용한다 하더라도 각각의 부분에 대한 공간상의 3차원 좌표값을 알아내기 위해 여러 가지 기구를 동원하여 수차례 연속 계측비교해야 하는 번거로움과 계측오차발생을 무시할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 형상계측장치에서의 제반문제점들을 일시에 해소하면서 대상물체의 계측효율 및 계측정밀도를 현저히 향상시킬 수 있는 3 차원 동시 형상계측장치용 로보트 핸드를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에서 도시하고 있는 바와 같이, 로보트 제어부(11), I/O포트(12), 영상처리부(13) 및 CPU(14)를 포함하는 컴퓨터(10)의 상기 로보트 제어부(11)와 CPU(14)가 로보트 드라이버(20)와 데이터를 주고 받게 구성하고, 상기 로보트 드라이버(20)에 의해 구동하는 로보트 핸드(30)가 비접촉식 형상계측센서부(40)의 위치를 제어하게 구성하고, 상기 비접촉식 센서부(40)의 형상계측신호가 상기 영상처리부(13)를 거쳐 CRT(60), 프린터(70), 플로터(80) 등으로 출력되게 구성한다.

또한 I/O포트(12)에는 키보드(50)에 의한 형상계측 실행신호 또는 데이터가 입력되게 구성한다.

제 2 도는 상기 센서부(40)의 구성과 그 센서부(40)에 의한 형상계측 및 영상신호 전송계통을 나타내고 있다.

여기에서는 지지대(45)상에 슬릿광 발생장치(41)와 카메라(42)를 고정하여, 상기 슬릿광 발생장치(41)에서 조사되는 슬릿광(평면광)에 의해 계측대상물체(90) 또는 교정블록(100) (제 5 도에서 도시하고 있음)의 형상에 따라 나타나게 되는 음영의 윤곽을 카메라(42)가 스캔하여 CRT(60)등에 출력되게 구성하고 있다.

상기 슬릿광 발생장치는 제 3 도에서 도시하고 있는 바와같이, 레이저에서 발생된 비임이 원통형 렌즈를 통과하면서 슬릿광으로 변환되게 하고 있다.

제 3 도에는 로보트 핸드(30)를 상세하게 나타내고 있다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 로보트 핸드(30)는 베이스(31)상에서 X-Y축 방향으로 이동하는 이동판(32)상에 수직폴(33)을 설치하고, 상기 수직폴(33)의 상단 일측에는 홀더(34)를 이용하여 일측 선단에 제 1 모터 홀더(38)를 가지는 수평바(35)의 타단을 고정한다.

상기 제 1 모터 홀더(38)에는 제 1 모터(36)을 수직방향으로 설치하여, 제 2 모터 홀더(39)에 결합된 제 2 모터(37)를 비롯하여 센서부(40)가 동시에 좌우방향으로 이동가능하게 구성하고, 상기 제 2 모터(37)를 수평방향으로 설치하여 지지대(45)에 결합된 상기 센서부(40)가 상하방향으로 이동가능하게 구성한다.

상기 제 1, 2 모터(36, 37)는 직각 좌표상에서 각각의 α축과 β축이 직교하게 구성한다.

또한 제 3 도에서는 일예로써 타이어를 예시하고 있는 계측 대상물체(90)와 교정대(101)상의 교정블록(100)을 상기 센서부(40)가 그 위치를 이동하여 슬릿광의 조사 및 촬영이 가능하도록 배치됨을 나타내고 있다.

제 4 도는 상기 로보트 핸드(30)의 베이스 (31)내에 설치되는 서어보 모터(311-313) 및 엔코더 (314-316)와 각각의 제 1, 2 스태핑 모터(36, 37)가 로보트 드라이버(20)내의 X-Z 축 서어보 제어기(21-23)와 α,β축 제어기(24, 25)에 의해 제어되게 구성하고, 상기 X-Z축 서어보 제어기(21-23)와 α,β축 제어기(24, 25)를 컴퓨터(10)내의 CPU(14)의 어드레스 및 데이터에 의해 제어되게 구성하고 있다.

이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 대한 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

비접촉식 단면 윤곽형상 계측장치의 센서부(40)는 제 2 도와 같이 슬릿광 발생장치(41)와 카메라(42)가 일정한 모양으로 고정되어 한 세트로 구성되므로, 계측대상물체(90)의 계측부위에 슬릿광을 비추면 계측대상물체(90)와 슬릿광이 만나는 부위에 윤곽형성이 형성되는데 이것을 카메라(42)로 잡아 읽으면 CRT(60)상에 나타난 것과 같은 2차원 영상데이타를 얻을 수 있다.

이 2 차원 영상데이터를 해석하는 것으로 슬릿광 조사부위 각 점에 대한 3 차원 위치 데이터를 얻어서 타이어등의 계측대상물체(90)에 대한 형상계측이 이루어진다.

3차원 공간좌표는 교정블록(100)으로부터 카메라계에서의 2차원 좌표 사이의 교정 매개변수 값을 얻어 여기에 대응시켜 얻게 된다.

상기 카메라계란 1 개 또는 복수개의 카메라를 이용하는 장치나 평면광 조사장치와 같은 보조기구를 이용하는 장치를 총칭한다. 카메라계의 교정을 위해서는 적어도 몇 개의 점에 대해 3차원 공간 좌표값과 각 점에 대응하는 카메라계에서의 좌표값을 알아야 한다.

교정블록(100)의 모서리 또는 계단부분에 대한 영상을 카메라(42)로 입력하여 컴퓨터(10)로 분석하면 계단의 끝 부분과 모서리 부분은 직각으로 되어 있기 때문에 다른 점과 쉽게 구별하여 3차원 공간좌표상의 각점에 대한 카메라계의 좌표값을 특징점으로부터 알아낼 수 있다. 또, 기준면에서 계단 또는 모서리까지의 칫수를 이미 알고 있으므로 기준면의 3차원 좌표값만 알고 있으면서 각 계단과 모서리에 대한 3차원 좌표값을 알 수 있게 되는 것이다.

한편, 다축형 로보트 핸드(30)와 상기 다축형 로보트 핸드(30)를 제어하는 로보트 드라이버(20)를 제 3, 4 도를 기초로하여 설명하면 다음과 같다.

로보트 드라이버(20)내의 X-Z축 서어보 제어기(21-23)와 α,β축 제어기(24, 25)에는 컴퓨터(10)로 부터의 제어신호 즉, 어드레스와 데이터가 각각의 버스를 통하여 입력된다. 가령 X축 서어보 제어기(21)의 어드레스가 선정되고 데이터가 상기 X축 서어보 제어기(21)에 입력되면 다축형 로보트 핸드(30)의 베이스(31) 내부에 설치되는 서어보 모터(311)가 해당 입력 데이터 만큼 회전하여 이동판(32)을 X축으로 입력데이터 만큼의 거리로 이동시킨다. 이때 엔코더(314)는 상기 서어보 모터(311)의 회전각을 부호화하여 X축 서어보 제어기(21)에 계속적으로 제공하게 되고 이는 곧 컴퓨터(10)의 CPU(14)에서 연속적으로 처리되므로 해당 데이터에 대한 실행이 완료되면 상기 서어보 모터(311)는 구동이 정지된다.

이러한 동작은 Y축 서어보 제어기(22) 및 Z 축 서어보 제어기(23)에서도 동일하게 실행되므로, 로보트 핸드(30)의 베이스(31)상에 있는 이동판(32)과 수직폴(33)이 X, Y 축과 Z축 방향으로 이동하게 된다.

그러므로 홀더(34)에 의해 수직폴(33)에 대하여 수평 고정된 수평바(35)의 선단의 제 1, 2 모터 및 지지대(45) 뭉치에 고정 결합된 센서부(40)는 계측대상물체(90)를 스캔하면서 슬릿광의 조사 및 음영의 촬영을 실행하게 된다.

또, 로보트 드라이버(20)의 또 다른 축 제어기 즉, α,β축 제어기(24, 25) 또한 각 X-Z축 서어보 제어기(21-23)와 마찬가지로 컴퓨터(10)의 어드레스 및 데이터에 의해 제어되는데, 가령 α축 제어기(24)의 어드레스가 선정되고 데이터가 입력되면 상기 α축 제어기는 입력 데이터에 해당하는 제 1 스태핑 모터(36) 제어신호를 하모니 드라이버(361, 371) (도면중에서는 H.D로 표시하고 있음)를 통하여 제공하게 되므로, 상기 제 1 스태핑 모터(36)는 α축을 중심으로 하여 소정 각도 회전하게 된다. 이에 따라 제 2 스태핑 모터(37)의 홀더(39)가 α축을 중심으로 회전하게 되므로, 상기 제 2 스태핑 모터(37)의 β축에 결합된 센서부(40)를 가지는 지지대(45) 또는 α축을 중심으로 하여 회전한다.

또, 로보트 드라이버(20)의 β축 제어기(25)에 그의 실행명령이 컴퓨터(10)로부터 들어오면, 상기와 마찬가지의 동작 수순에 의하여 이번에는 β축을 중심으로 지지대(45)가 회전하게 되므로 센서부(40)는 계측 대상물체를 β축을 중심으로 계측하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 센서부의 위치를 결정하는 로보트 핸드를 X, Y, Z축 및 α,β축의 5축 방향 이동 및 회전시킬 수 있게 되므로, 컴퓨터 프로그램에 의한 물체의 자동계측 및 계측시의 사각 발생을 배제시킬 수 있는 특유의 효과가 나타나게 된다. 이에 따라 이동판(32) 및 수직끝(33)에 각각 X, Y축 및 Z 축 방향 이동하게 되므로, 수평바(35)에 제 1, 2 모우터 홀더(38, 39) 및 지지대(45)를 통하여 결합 고정된 센서부(40)는 계측대상물체(90)를 이동하면서 스캔하게 된다.

또, 상기 각 서어보모터(311-313)에 부가되어 있는 각각의 엔코더(314-316)는 각기 서어보모터의 회전각을 부호화하여 다시 각각의 서어보제어기에 제공하게 되므로 로보트 드라이버에서는 이 부호화신호를 계속 받아들여 서어보 모터가 소정의 제한량 만큼 회전하게 하였을 때 정지하도록 하는 식으로 시간적으로 제어하게 된다.

한편, 로보트 드라이버(20)의 α,β축 제어기(24, 25)는 하모닉 드라이버(361, 371) (도면상에서는 H.D로 표현하고 있음)를 통하여 각각의 제 1 스태핑 모터(36)와 제 2 스태핑 모터(37)에 제어신호를 공급하게 되는데, 이에 따라 수평바(35)의 일측선단의 홀더(38)에 고정된 상기 제 1 모터(36)는 제 2 모터(37)를 포함하여 센서부(40)를 α축을 중심으로 하여 회전시키게 하고, 상기 제 1 모터(36)이 α축상에 수직방향인 β축에 설치되는 제 2 모터(37)에 의해서는 센서부(40)가 계측대상물체(90)를 β축을 중심으로 하여 회전하면서 그의 외각 형상을 스캔하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 컴퓨터로 제어되는 다축 로보트 핸드에 카메라와 슬릿광 발생장치를 실어, 단일의 카메라 만으로 시간적 변화에 따른 계측대상물체의 단면 외각형상을 스캔하고 이를 교정블록에 대응처리 계산하여 공간 3좌표상에 계측대상물체를 표현할 수 있게 되므로, 트기 사이드 월이나 트레드 등으로 형성된 타이어등의 단면 윤곽형상을 오차없이 신속하게 계측할 수 있을 뿐만 아니라 로보트 핸드는 제 1 모터 홀더와 제 2 모터 홀더가 각각 C 자형 및 역 C 자형으로 형성됨과 동시에 제 1 모터 홀더의 상층 및 하측 플렌지 안으로 회전가능하게 끼워져 결합되어 있기 때문에 로보트 핸드를 로보트 몸체에 더욱 근접시키게 구성할 수 있고 이로인해 로보트 핸드의 길이를 짧게 할 수 있어 타이어의 단면 윤곽형상 측정등에 있어서와 같이 로보트의 작업공간이 제한되는 경우에도 로보트의 작업공간을 그만큼 확대할 수 있어 보다 정확하고 신속하게 계측할 수 있는 효과가 있다.

Claims

다축제어가능한 로보트 핸드에 있어서, X-Y축을 포함하는 베이스(31)에 대하여 이동가능하게 상기 베이스(31)상에 설치된 이동 수직폴(33)과, 상기 이동 수직폴(33)에 고정됨과 동시에 상기 수직폴(33)에서 직각방향으로 연장되고 일측선다에 제 1 모터 홀더(38)를 고정한 수평바(35)와, α축 제어기(24)에 의해 제어되며 상기 제 1 모터 홀더(38)의 상측단부에 수직으로 설치되는 제 1 스태핑 모터(36)와, β축 제어기(25)에 의해 제어되고 제 2 모터 홀더(39)에 수평으로 위치됨과 동시에 상기제 1 모터 홀더(38)에 직각으로 위치되게 고정된 제 2 스태핑 모터(37)와, 상기 제 2 스태핑 모터(37)의 축의 일단에 고정되고 센서부(40)가 부착된 지지대(45)를 구비하고, 상기 제 1 모터 홀더(38)는 상측 및 하측 플렌지를 가진 C자형 홀더이고, 상기 제 2 모터 홀더(39)는 상측 및 하측 플렌지를 가진 역 C자형 홀더이며, 상기 제 2 모터 홀더(39)의 상측 플렌지는 상기 제 1 모터 홀더(38)의 상측 및 하측 플렌지 사이에 회동가능하게 끼워져 결합되고 상기 제 2 스태핑 모터(37)의 상기축은 상기 제 2 모터 홀더(39)의 하측 플렌지에 측방향으로 형성된 관통공에 회전가능하게 지지되게 구성함을 특징으로 하는 비접촉식 타이어의 단면윤곽 형상계측장치용 로보트 핸드.